油炸薯片的工作原理及工艺参数设计--旭众真空油炸机

油炸薯片的工作原理及工艺参数设计

　　1．概述
　　油炸是地球上最古老的，也是目前世界上最普及的烹调方法之一，它不仅是一种高温短时的食品干燥工艺；也是食品熟制和干制的一种加工手段。油炸可以杀灭食品中的细菌，延长食品的保存期，改善食品的风味，增强食品营养成分的消化，并且因其加工时间较一般烹调方法为短，因此在食品工业中得到了广泛的应用，这也是油炸工艺延续数千年，一直保持到现在的原因所在。
　　随着人们生活节奏的加快和生活水平的提高，数量巨大，品种繁多的方便食品进入了千家万户，进入了我们生活的各个方面。在方便食品的大军中，有陆续出现了电视食品﹑休闲食品等新兵。而在这些五花八门﹑眼花缭乱的方便食品中，油炸食品占了很大的比例。比如：油炸坚果﹑油炸鸡腿﹑油炸鸡块﹑油炸香蕉片﹑油炸面包圈﹑以及传统的油炸糍耙等，方便食品的主力军----方便面，其脱水﹑熟化﹑固化工艺均采用了油炸。
　　油炸技术对方便食品的发展起了很大的促进作用，而方便食品的发展对于油炸技术和设备也提出了更新﹑更高的要求，同时在自身发展之时,也大大推动了油炸新技术﹑新装备的发展。近几年来低温真空油炸﹑高温压力油炸﹑常温深层油炸﹑真空深层油炸﹑水油混合深层油炸等新技术和新设备的出现，对于各种食品的各种要求分别选择适合的油炸新技术和新设备，提供了广阔的天地，有了很大的选择范围，使得我们日常生活中的食品更加丰富多彩。

　　2．油炸薯片的原理
　　油炸工艺的本质一是熟化；。二是脱水。熟化过程对于薯片是无关紧要的，因为制做薯片的薯泥本身就是熟的；脱水的过程则是主要的对于薯片而言，油炸的作用在于：一是可以有效地防止马铃薯中水溶性营养成分在加工中的损失，较好地保留新鲜马铃薯的营养成分；二是固化薯片的几何形状，油炸前薯片是膏体园片，油炸后薯片就是有着固定形状﹑又硬又脆的固体园片了。
　　油炸前薯片的含水率约为35 %，油脂含量约为3～5 ‰ ；而油炸后薯片的含水率仅为3～5 %,油脂含量最高尽达40 %.因此对薯片而言,油炸的过程是以油将薯片中的水置换出来的过程。
　　油炸时，食品传热的速率取决于油温与食品内部之间的温差以及食品的导热系数。食品的导热系数对特定特指的一个食品也不是一个定值，它和食品当时的温度以及该食品当时的含水率有关。一旦这二个参数有变化，该食品的导热系数也随之改变。
　　在食品的油炸过程中，该食品的温度在不断提高，更主要的是该食品的水分含量在变化，而水分的汽化并逸出食品内部，这一过程所引起的热交换以及所消耗的热能，是油炸食品时决定该食品的导热系数的主要因素：水蒸汽的逸出，产生大量的搅动作用，将大大提高食品此时的导热系数。水分含量不同，脱水的推动力----食品内部水分的蒸汽压之差也不同，它所消耗的热能和热交换的效果就不同，产生的搅拌作用也不同，故食品的导热系数也就不同了。所以说：食品的导热系数不是一个定值，油炸薯片的过程同理。
　　油炸前，薯片中的水是均匀地分布在以淀粉和蛋白质为主要成分的薯泥中，当薯片进入热油后，薯片表面温度迅速升高，水遇高温水分的体积逐渐加大、汽化，直至逸出，薯片表面形成一干燥层，然后，水分汽化层逐渐向薯片内部深入。在薯片表面干燥层形成时，其温度逐渐接近热油温度.，而薯片厚度仅为1～1.5mm，其温度趋向热油温度的过程是很快的。由于淀粉与蛋白质遇热固化和水分的逸出，经过油炸后的薯片，其微观断面是一个多孔的结构，水分汽化﹑逸出后形成的多孔空间，由热油进入，取而代之。这就是薯片的油炸过程，也是薯片油炸后含油率最高可达40 %的原因所在。
　　影响薯片含油率的因素：
　　2．1薯泥的密度越大，即油炸前薯片含水率越低，油炸后薯片
的含油率就越小。实例证明：将马铃薯切片干燥，使其水分降低25 %，油炸后薯片的含油率就可减少6～8 %。
　　　　　　　　表1 马铃薯的相对密度对薯片含油率的影响

　　2．2薯片厚度与含油率成反比：薯片越薄，含油率越高。
　　2．3油温越高，薯片含油率越低。随着油温的上升，油的密度下降，油的粘度也降低，单位空间内贮油量也减少。
　　2．4炸制油的种类不同，也将影响薯片的含油率。
　　2．5在一定的时间内，油炸时间越长，薯片含油率越高。
　　3．油温的确定
　　传统的油炸工艺，油温在160 ℃以上,有时甚至达到230 ℃的高温,如此高温显然对食品的营养成分,特别是一些热敏性物质,有一定的破坏作用.当然,这种破坏作用与其说是只取决于油温的高低;不如说多半取决于食物本身的温度和在高温油内停留的时间。油炸对于食品营养成分的影响和油炸食品公司的安全性是人们所普遍关注的问题。
　　我们油炸薯片的目的一是脱水干制；二是固化薯片的几何形状。应该采用小于160 ℃的较低的油温。这样就能在薯片表面干燥层形成之前，蒸发面就已深入到薯片的内部，从而水分的蒸发和热量的传递均能顺利和稳定地进行，薯片的水分含量下降也较理想，约为5 %左右，薯片表面的色泽也较浅。不仅理论上如此，在试制过程中，试制的结果和大量的试验数据也证明了这个结论。
　　油温不仅是油炸机的主要参数，更是决定薯片营养成分、成品感观、成品质量、保质条件的最主要因素。我们将炸油温度确定在150 ℃左右。决定油温的因素主要有以下三个方面：
　　3.1蒸汽的压力和流量。（目前市场上的锅炉所产生的饱和水蒸汽的压力一般为1.0 Mpa，在此压强下饱和水蒸汽的温度为180 ℃）。
　　3.2蒸汽和油的热交换效率。我们选择的是板式热交换器，板式热交换器的换热效率为0.96～0.98；换热面积为20平方米。
　　3.3热油的流量和温度。消耗炸油热量的主要因素及计算：
　　3.4初温为40～45℃的薯片经油炸后达到油温所消耗的热能QI：
　　　　QⅠ = G C (TⅠ-TⅡ)KJ/h
　　　　G -- 油炸机的生产能力, Kg/h
　　　　C -- 薯片的比热, KJ/ ℃.Kg
　　　　TⅠ-- 薯片油炸末了的温度, ℃
　　　　TⅡ-- 薯片油炸前的温度, ℃
　　3.5薯片中的水分在油炸过程中升华为水蒸汽所消耗的热能QⅡ：
　　　　QⅡ = G (AⅠ-AⅡ)γ KJ/h
　　　　G -- 油炸机的生产能力, Kg/h
　　　　AⅠ-- 薯片油炸前的含水率,%
　　　　AⅡ -- 薯片油炸末了的含水率,%
　　　　γ-- 油炸平均温度下水的汽化潜热,KJ/ Kg
　　3.6钢丝网带﹑排风装置和机器传热所消耗的热能QⅢ：
　　　　QⅢ = GⅠ.GⅡ(TⅠ-TⅡ) KJ/h
　　　　GⅠ-- 输送网带的循环量, Kg/h
　　　　GⅡ-- 输送网带材料的比热, KJ/ ℃.Kg
　　　　TⅠ-- 输送网带炸前的温度, ℃
　　　　TⅡ-- 输送网带油炸末了的温度, ℃
　　3.7环境的热损失、设备的热辐射、排潮时所排放的热量以及空气对流所引起的热损耗QⅣ。QⅣ一般以总耗热量Q的百分比计，通常取5～8 %。
总耗热量Q = （QⅠ+ QⅡ+ QⅢ）*（1+ QⅣ）KJ/h
　　4．油炸方式的设计:
　　1.连续式﹑间歇式的选择
　　在油炸薯片的生产过程中，油炸前﹑油炸后设备的运行方式均为连续式；如果油炸设备选择为间歇式，那么由连续式转为间歇式，再由间歇式转为连续式，运行起来有很大的困难；在设计上难度也是很大的。
　　薯片在连续状态下生产，保证产品品质的基础﹑条件都较好，成品率高。间歇式则相反：由于连续／间歇方式的转换，致使薯片在生产过程中要经受二次温差较大的环境变换，这样就使得薯片的内应力增大，由此引起的薯片断裂现象增多；同时，二次连续／间歇方式的转换也增加了二次污染的机会。
　　连续式油炸设备体积大，但造价不高；间歇式油炸设备比连续式油炸设备体积小，造价也不高。但是连续／间歇转换的设备造价要大于前二者中的任一者的造价，其体积加上间歇式油炸机的体积则大大超过了连续式油炸机的体积。鉴于上述原因，我们决定采用连续式的油炸方式。
　　2.真空﹑压力﹑常压----炸油压力的选择
　　Ⅰ.真空低温油炸方式是在七十年代初发达国家开始使用的新工艺。对于油炸前含水率达35 %，片薄仅为1～1.5mm的薯片这一特定的产品，真空低温油炸是最适合的油炸工艺，经过真空低温油炸处理后的薯片有着比一般传统油炸工艺加工的薯片具有更好的品质：
　　A.薯片油炸的主要目的是干制，而真空本身就是干制的主要手段之一，在真空状态下干燥，并与100 ℃油温有机结合，薯片水分蒸发的条件很好，水分蒸发快，干制时间短。经过真空低温油炸处理后的薯片，既有油炸食品所特有的品质外，还有一些膨化食品的风味。
　　B．温度低，真空油炸的油温只有100 ℃，薯片内层的温度最高也不会超过100 ℃，因此营养成分损失很小。
　　C．油脂的劣化速度低，耗油少。真空油炸的油温低，且处于缺氧﹑少氧的环境中，油脂与氧的接触少，油脂的氧化﹑聚合﹑分解等劣化反应速度缓慢，因此真空低温油炸的油中不必添加抗氧化剂，并且炸油可以反复多次使用。另外，对于同样的食品原料采用常压油炸，其产品的含油率高达40～50 %；若采用真空低温油炸，其产品的含油率则仅为20 %，这样就能大大降低耗油量，有效地减少成本；同时，产品的贮藏期可以得到较大的延长。
　　Ⅱ. 高温压力油炸是以提高油炸环境的压力，提高油温，提高油的沸点，减少油炸时间的油炸工艺，一般用于对以熟制为主，而且不希望水分蒸发；或水分蒸发量要求很小的食品，进行短时超﹑高温油炸的加工工艺。油炸温度一般在180～265 ℃，由于油温高，表面干燥层形成迅速，水分的迁移和热量的传递均受到此干燥层的限制，从而产品的总水分含量较高，产品质地能保持鲜嫩，风味物质和添加剂的保存也比较好。但是油的劣变速度加快，粘度升高，发黑，不得不经常更换炸用油，致使成本上升。对于以干制为主要目的的薯片油炸，此工艺显然是不适宜的。
　　Ⅲ. 常压常温油炸是最原始的﹑应用最广泛的﹑要求最普通的油炸工艺，也是我们讨论最多的。常压油炸的油温在100 ℃～230 ℃；一般在140℃～160℃之间；而油炸时间则视产品的厚薄﹑含水率﹑要求不同而不同。
　　上面我们讨论了真空低温﹑高温压力﹑常压常温三种油炸工艺的特点，在目前阶段，对于薯片的油炸而言，只能是常压常温油炸。真空低温油炸虽然是最适合薯片的﹑最好的油炸工艺，但这只能是我们下一步的努力方向和目标。其主要原因是：
　　Ⅰ.连续式真空低温油炸设备机构复杂。九十年代中期，美国和日本先后研制成功，并有定型产品问世。九十年代末，国内小型的连续式真空低温油炸机开始研制，目前尚无定型产品面市。中型的设备国外都鲜见，因此，如果走设计连续式真空低温油炸机这条路，风险是较大的，不仅设计难度大，而且周期长成本高，所以只能在下一步安排攻关。
　　Ⅱ.真空低温油炸机其方式无论是间歇式还是连续式，设备的造价都很昂贵，而且真空能耗很大，还不包括连续／间歇方式转换装置的投资。
因此，常温常压油炸是我们在现阶段唯一的选择。